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研究方向:岩浆作用

岩浆作用

金属稳定同位素地球化学实验室,Feb. 21, 2019

5.1 岩浆演化过程中Cu同位素分馏: Huang (黄建)et al. (2016b)

高温岩浆过程是否会导致Cu同位素分馏?为解决这一问题,推动利用Cu同位素研究岩浆过程和示踪幔源岩浆岩方面的应用,我们研究了德国东埃菲尔LaacherSee火山高度演化的层状响岩(图5.1)。这套岩石由初始原岩碧玄岩(EE basanite)经历大约70%的矿物分离结晶,演化形成镁铁质响岩(ULST);然后再由镁铁质响岩进一步分离结晶,形成高度演化的响岩(LLST)。研究结果(图1.5.1)显示:(1)硫化物富集63Cu,其分离结晶致使残余岩浆的δ65Cu显著升高;(2)硅酸盐、硫酸盐和氧化物分离结晶不会导致Cu同位素分馏。研究结果为Cu同位素在高温地质过程中的应用提供理论基础。

研究方向图5.1德国Laacher See层状火山岩不同岩石单元δ65Cu和Cu含量的变化图5.1德国Laacher See层状火山岩不同岩石单元δ65Cu和Cu含量的变化 

5.2 高Si 岩浆中的Fe同位素分馏: Xia (夏莹)et al. (2017)

高SiO2(>71wt.%)岩浆岩具有比基性-中性岩浆岩明显高的δ56Fe,但是其分馏机理却存在着激烈的争论。我们测量中亚造山带海拉尔盆地晚中生代双峰式火山岩的Fe同位素,以制约岩浆作用过程中的Fe同位素分馏机理。海拉尔流纹岩的δ56Fe高达0.64± 0.02‰,是目前已有岩浆岩数据中最重的Fe同位素值(图5.2)。海拉尔火山岩的Fe同位素和Rb/La、Zn同位素之间都缺乏很好的相关性,据此可以排除流体出溶和热扩散导致的Fe同位素分馏。我们认为海拉尔火山岩的Fe同位素变化主要是由岩浆演化导致的:岩浆演化过程中,熔体和残留/分离矿物之间存在显著的Fe同位素分馏,通常熔体具有更重的Fe同位素组成。

研究方向图5.2 海拉尔火山岩和文献中岩浆岩Fe同位素组成

图5.2 海拉尔火山岩和文献中岩浆岩Fe同位素组成

5.3 岛弧岩浆岩的V同位素组成:Tian(田笙谕)(准备中)

俯冲带是壳幔发生物质交换的重要场所,俯冲带岩浆通常经历了不同程度的演化。我们研究了勘察加半岛(Kamchatka)、小安德烈斯(Lesser Antilles)和阿留申 (Aleutians)三个岛弧的岩浆岩。其δ51V变化范围为-0.91‰~ -0.53‰(2SD= 0.01‰, n = 47),和MORB的δ51V变化趋势一致,表明地幔高比例熔融和交代过程可能不会产生明显的V同位素分馏(图5.3)。样品的δ51V与放射成因同位素及流体指标之间均没有相关性,据此可以排除陆壳物质混染和流体作用对V同位素的影响。相反地,δ51V与岩浆演化指标如MgO含量之间具有很好的相关性,这表明随着岩浆从基性向中酸性演化,其V同位素逐渐变重。

研究方向图5.3 岛弧岩浆岩 δ51V 和 MgO 含量的负相关性

图5.3 岛弧岩浆岩 δ51V 和 MgO 含量的负相关性

5.4.中国东部新生代碱性玄武岩 Fe-V同位素:Chen(陈振武)(准备中)

铁和钒是对氧逸度敏感的多价态元素,在部分熔融过程中可能会发生同位素分馏。为研究部分熔融过程中同位素分馏机理,本文分析了中国东部新生代碱性及拉斑质玄武岩的Fe-V同位素组成。中国东部碱性玄武岩的δ56Fe值变化范围为+0.09‰到+0.28‰,显著高于饱满上地幔(δ56Fe=+0.02±0.03‰),且相对高于MORBs(δ56Fe=+0.11±0.04‰)及OIBs(δ56Fe=+0.12±0.07‰)。相似于Fe同位素,玄武岩的δ51V值(-0.75to -0.51‰)相对高于硅酸盐地球(δ51V=-0.70±0.20‰)及洋中脊玄武岩(δ51V=-0.95±0.13‰).中国东部新生代碱性玄武岩地幔源区受到俯冲太平洋板片携带的碳酸盐交代,该过程可能提高玄武岩源区氧逸度,进而可能导致Fe3+V4+V5+在熔体中的富集,高价态的重Fe及重V同位素倾向于优先进入熔体。因此,氧逸度可能是地幔部分熔融过程中导致Fe-V同位素分馏的重要原因。

研究方向图5.4.中国东部新生代碱性玄武岩及BSE、MORB的FeV同位素组成(SCB,华南陆块;NCB,华北陆块)。图5.4.中国东部新生代碱性玄武岩及BSE、MORB的FeV同位素组成(SCB,华南陆块;NCB,华北陆块)。

5.5 洋壳V同位素组成的指示意义:Wu(吴非)et al.(2018)

我们测量了东太平洋穹窿的洋中脊玄武质-英安质岩浆岩样品,以及附近洋壳钻孔剖面(IODP site 1256)中蚀变玄武岩和辉长岩样品的δ51V。结果显示,蚀变玄武岩和辉长岩样品的δ51V相对均一,且和新鲜的大洋玄武岩样品在误差范围内一致,说明海水蚀变作用不会改造岩浆岩的V同位素组成。洋中脊岩浆岩样品的δ51V随着SiO2含量的升高、MgO含量的降低而升高,其变化达到了0.3‰(图5.5)。我们解释为:岩浆演化过程中,由于不同价态的V在矿物和熔体中的分配系数差异,会导致矿物和熔体中不同价态的V的分配,从而产生了矿物和熔体之间的V同位素分馏。这显示V同位素有潜力来研究岩浆演化过程。

研究方向5.5 蚀变洋壳的 δ51V 随深度的变化

5.5 蚀变洋壳的 δ51V 随深度的变化

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